电源开发者的讲述！海盗船AX1200揭秘

    泡泡网机箱电源频道6月28日 海盗船最高端的AX1200电源（80PLUS金牌，1200瓦）在这次台北电脑展上露面了，而国内送测可能还需要等1个多月，近日在网上发现了一篇介绍AX1200电源的文章，编译过来供大家参考。

海盗船AX1200电源

    发烧级别玩家的电脑功耗由于CPU和GPU的发展在这几年戏剧性的增长，电源对整台PC而言从原来默默无闻逐渐成为了最基础和重要的配件。

    为了能够支持Intel、AMD最新的处理器，为了支持ATI和NV最新的多卡互联，海盗船针对发烧级玩家推出了金牌系列AX1200（型号CMPSU-1200AX）这款电源。

产品特点综述

    一、独特设计，专供海盗船

    海盗船的研发参与设计的这颗AX1200电源的结构在其他电源中是见不到的（准谐振变换）。

    二、100.4安培电路12V输出

    AX1200的12V输出能力为100.4安培，合1204.8瓦的功耗，而且还是单路12V输出，对多路SLI与多路CrossFire的玩家来说非常实用。

    三、80PLUS金牌等级转换效率

    由于采用了先进的结构配合高档次的磁性元件，最大程度上优化了转换效率，提供至少90%以上的转换效率，在效率指标中甚至超过80PLUS金牌等级的水准。

    三、出色的纹波噪音抑制+稳定的电压输出

    在3.3V、5V、12V三路的输出各自独立，二次侧采用Mosfet做同步整流，比传统的肖特基整流的转换效率要高。在可插拔接口板上采用4层PCB板，不但保证良好的接地还可以降低接入电阻和电压降。此外跑线上的优化对降低纹波与噪音也有助益。

    四、全可拔插线材设计

    全可拔插线材提供了安装上最大的灵活性，而且不会阻碍机箱内的空气流动，你只需接上需要的线材，不用再费心绑线了。

    五、零电压开关/零电流开关

    海盗船AX1200电压应用了ZVS/ ZCS软开关技术，可以大幅度降低开关管的损耗，提高转换效率减少废热的产生。

    六、工作时噪音超低

    使用了14cm的温控风扇，在画PCB时就把风流/散热的优化设计考虑进去，可以发挥风扇最大的降温作用。

    电源设计框图

AX1200电源设计框图

    上图就是AX1200电源的结构图，这是一颗服务器级别的电源，使用了最高档的元件。

    EMI/输入整流部分

    这一阶段需要把交流电变为带脉冲的直流电做为功率因数校正电路的输入。交流电首先通过保险管和π型EMI滤波电路，这能减少进入开关阶段的谐波，以此满足电压规范要求。

    连续导通模式的PFC

    不论输入电压在90-264V间如何变化，在一部分中都会做规律的升压变换，能量被存储在大电容中以此来达到足够的保持时间。工作在连续导通模式的PFC电路能调整输入电流的PF值到接近1的水平，PFC的控制芯片有内部的保护电路来处理PFC出现的问题。

    PFC部分还采用了快速动作的碳化硅二极管，它拥有零反向恢复电流的特性，这种特性相比传统二极管可以减少开关过程中的损耗，有利于提高转换效率，减少EMI的发散。

    电流反馈型准谐振DC-DC转换阶段

    DC-DC变换阶段是指从CCM模式PFC阶段出来的一次侧高压直流输出送到低压的二次侧（海盗船这里的DC-DC并不是我们常提到的5V和3.3V上的处理），这个过程中使用了电绝缘的变压器。使用先进的电流反馈型准谐振变换器，可以让这个阶段工作在零电压开关和零电流开关状态。

电流反馈型准谐振变换器

    电压的调整由安置在PFC输出之后，准谐振输入之前的步降式稳流器完成，反馈环调整谐振器降压反馈的占空比。为了提高转换效率在二次侧使用同步整流技术。一次侧和同步整流均由设置在二次侧的振荡器的移相信号驱动。

    电压的调整由安置在PFC输出之后，准谐振输入之前的步降式稳流器完成。一次侧的场效应管由栅极驱动变压器驱动。

    在一次侧使用超级连接（super-junction）场效应管可以提高转换效率，减少EMI的发散。这种场效应管的栅极电荷存储效应非常小，提高了开关的性能的同时也提高了开关频率。低导通电阻也是它的一个特性，这也可以提高转换效率。

    PC开关电源名字的由来就是因为在电源的一次侧使用了功率开关管，并且在输出侧由反馈电路调整开关管动作的占空比。传统的电源使用“硬开关”，电流和电压不是在0V和0A下开闭的。这就导致了开关管上的功率损耗而且会增加EMI的发散。AX1200电源中使用了DC-DC谐振的拓扑，让开关管工作在零电压/零电流条件下，这可以保证损失最小的能量，因此提高转换效率。

ZVS/ZCS开关驱动波形

    使用四层PCB板，广泛使用汇流排

    在AX1200电源中为了提升转换效率，还是用了4层的PCB板（文章开头是说可插拔式接口板采用4层PCB板，主PCB多少层有待深挖）和汇流排，电路板上尽量使用表贴元件减少焊锡上的电阻。

汇流排

表贴元件

    减少纹波与噪音

    AX1200电源在设计时竭力减少纹波与噪音，主要是选用最高档的元器件（比如使用很高端的日系电容），使用最棒的制作工艺（伟创力代工）。4层PCB板提供了非常好的接地回路，电路的走线也尽量优化，大量使用瓷片电容对减少纹波噪音，提高转换效率也有积极的作用。

瓷片电容的使用

    注重散热性能的PCB设计

    PCB在设计之初也考虑到电源在高瓦数工作下散热与静音的表现，由于电源的转换效率极高（典型负载下高于90%），所以产生的热量不是很多。不过设计PCB时还是使用了动态流体力学的分析软件，它可以预测一个已知结构内部的分流和热传导。海盗船的工程师可以依照这些信息合理的摆放元器件来让电源内通风更出色。

动态流体力学分析模型

    动态流体力学的分析软件使用的是Mentor Graphics的FLoTHERM CFD，在实际电路板诞生前，海盗船的工程师就可以利用它找出电路板上潜在的高温点，然后提前处理掉这些问题。

风流模型

    在多次调整了散热片的形状和元件摆放的位置与方向后我们就可以找到最利于散热的元件摆放方法。PCB板的风流模型也有助于找出电源内的散热死角。

    完整的保护功能

    AX1200电源提供了工业级别的保护功能，所有的输出都设置了过流、过压、低压保护。每一路输出都设有过功率保护。过温保护和短路保护也没有缺少。

    海盗船把负责监控不正常电压和电流的电路称为“家政电路”，过压/过温保护一旦触发，家政电路马上通过光耦器件给一次侧发去信号，关闭电源。

    对过压保护来说设定点都依据ATX电源规范，12V到达13.4V；5V到达5.74V；3.3V到达3.76V就会触发过压保护。在介绍过温保护时海盗船还提到了这颗电源是可以稳定满载运行在50℃下的。短路保护在AX1200中是判断只要有任何一路输出的阻抗小于0.1欧姆就作为发生短路，为了确保其他硬件的安全，这种保护一定不能少。

    总结：

    海盗船AX1200电源在设计时的目标就是：做一个市场中最棒的1200瓦电源。通过采用服务器级别的构架，ZVS/ZCS开关条件，独立得DC-DC降压变换，高质量的元器件。AX1200将能提供优异的电压稳定性和转换效率，并且可以保证输出纹波超低。

ZVS/ZCS的优势

    在设计之初就结合流体动力学分析软件模拟电源中的高温点与空气流动，再加上90%以上的转换效率，这意味着AX1200不但产生的热量会很少，而且也不需要很高转速的风扇，电源工作起来非常安静。对发烧级玩家来说这是一个非常大的诱惑。■<